機能性伸縮材料およびそれを用いた関節用サポーター
【課題】関節用サポーターにおける、装着時の手間、関節の運動に対する違和感と抵抗を低減させ、且つ関節可動域外への負荷に対する強固な抑制と繰り返し使用性を持たせる。
【解決手段】弾性繊維により構成された伸縮性を有する材料に少なくとも２つ以上の固定点を設置し、それらの固定点間を高強度繊維で繋ぐことにより材料が伸縮可能な変位の方向と量を制限させた機能性伸縮材料とし、それらを用いて関節用サポータを構成することで関節可動域内における運動に対しては抵抗が少なく関節の動きを妨げず、関節可動域外への運動に対しては高い応力を発生させることで関節を保護する関節用サポーターの提供を可能とした。
【解決手段】弾性繊維により構成された伸縮性を有する材料に少なくとも２つ以上の固定点を設置し、それらの固定点間を高強度繊維で繋ぐことにより材料が伸縮可能な変位の方向と量を制限させた機能性伸縮材料とし、それらを用いて関節用サポータを構成することで関節可動域内における運動に対しては抵抗が少なく関節の動きを妨げず、関節可動域外への運動に対しては高い応力を発生させることで関節を保護する関節用サポーターの提供を可能とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、日常生活、スポーツおよびリハビリ運動に使用される関節用サポーターを構成する機能性伸縮材料に関する。詳しくは、関節可動域内における運動に対しては抵抗を少なくすることで関節の動きを妨げず、関節可動域外への運動に対しては高い応力を発生させることで関節を保護することができる材料であり、軽量かつ薄く、更には繰り返し使用させることも可能な優れた機能性伸縮材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
関節用サポーターは、日常生活やスポーツ、更には、リハビリ運動を補助する役割として固定または損傷を回避し保護する目的で幅広く使用されている。関節部位は主に骨、靭帯、筋肉で構成されており、ケースにより損傷する部位は様々であるが、靭帯を損傷するケースは多く、スポーツ選手においても関節の損傷による引退は例を絶たない。この様な損傷の場合、繰り返して損傷を起こすケースが多いため、関節を固定し保護する目的で関節用サポーターが使用されている。
【０００３】
従来の一般的な技術としては粘着テープによる保護があるが、運動時において関節可動域での抵抗が大きいために違和感や疲労感を伴い易く、また、テーピング時には粘着スプレー、アンダーラップ、テーピングという幾つかの工程があり、十分な効果を得るためにはテーピングに関する専門知識や技術の習得が必要となるため非常に困難なものとなっていた。更には再利用に不向きであることから使用後の廃棄処理が必要となるため日常生活での常用には適さない面があり、これらを解決するために、例えば、特許文献１ではテーピング式膝サポーターの取り付けを簡略化し効果が得られやすい形状にすることで、使用時における違和感や疲労感も軽減されているが、関節の保護に重要な伸縮性および追従性を持たせた支持体の強度については改良されていないため、補強性の面では改善の余地が残されており、更には、繰り返し使用することについても課題が残っている。
【０００４】
また、装着型の関節用サポーターも多数存在するが、複合化した材料としては不充分であるために厚みが大きく、そのため、関節可動域での抵抗や違和感も大きく、激しい運動時に使用すると必要な関節の動きを妨げるものが多い。
【０００５】
例えば、特許文献２の関節用サポーターでは引張り剛性の高い繊維を使用することや長さ方向にバイアスとなる様に構成することにより、ねじれ方向や伸縮を抑制しサポーターとしての機能を付与しているが、バイアスによるねじれのために装着時には関節本来の動きも抑制されるため違和感や疲労感を伴い易く活発な運動時の使用には向かない。また、引張り剛性の高い繊維についての詳細な説明はされておらず、本発明の関節用サポーターとは趣旨が異なっている。
【０００６】
特許文献３の足首用サポーターでは伸縮性の素材の外側に伸縮性に方向を持たせた帯を取り付けて、関節に対する追従性と保護を両立させる機能を付加しているが、布地の外面に帯を設置するため、サポーターとしての厚みが大きく成なることや、帯を伸縮性素材の外側に固着させることで一体化しているため、激しい運動による繰り返し使用により擦れて剥がれてしまう可能性も残っている。
【特許文献１】特許公開２００２−３３０９９１
【特許文献２】特許公開２００５−１８５６２９
【特許文献３】特許公開平１１−２０６９４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の関節用サポーター技術では材料の複合化が不十分なために解決することが困難であった、装着時の手間、関節運動に対する違和感と抵抗、そしてサポーターの重量と厚さを低減させ、且つ関節可動域外への負荷に対する強固な抑制と繰り返し使用性を持たせることを課題として検討した結果、伸縮方向と伸縮量を制限した材料を設計し、ゴム状弾性組成物との複合化や、更には関節部位との密着性を持たせることにより、これらの課題を解決する極めて優れた関節用サポーターを構成する機能性伸縮材料の提供を可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、弾性繊維により構成された伸縮性材料に少なくとも２つ以上の固定点を設置し、それらの固定点間を高強度繊維で繋ぐことにより材料が伸縮可能な変位の方向と量を制限させた機能性伸縮材料およびそれらにより構成された関節用サポーターに関する。
【０００９】
本発明で使用される伸縮性材料を構成する弾性繊維としては、一般的なエステル系、ウレタン系、アクリル系、オレフィン系等が挙げられる。弾性繊維による構成方法により材料の伸縮性や緊迫力を設計することが可能となるが、伸縮方向に対して３０％以上の伸び率を有することが望ましく、更には５０％以上の伸び率を有することが関節に対する追従性の確保のために望ましい。繊維の構成は一般的な平織り、カットボス、メッシュ、パイル編み、リブ編み、リンクス編み、ジャガード等で使用可能であり特に限定するものではないが、保護を目的とする関節部位に適した編み方を選定することは望ましい。保護関節部の大きさや場所に対して十分に考慮した設計を行うことは、関節可動域での運動に対する抵抗や違和感を減少させるために必要とされる。
【００１０】
本発明で使用される高強度繊維の引張強度および破断伸度はＪＩＳ Ｌ １０１３（化学繊維フィラメント糸試験方法）およびＪＩＳ Ｌ １０１５（化学繊維ステープル試験方法）に準拠した標準時の引張強度が１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、破断伸度は５０％以下であることが望ましい。更に好ましくは引張強度が１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、これは例えばヒトが加速して急停止した場合などに受ける関節部への負荷および、本発明の関節用サポーターで使用する高強度繊維の量を考えた場合に望ましい。これらは、高強度繊維がより高い比強度を有することにより複合化した材料の薄型化や軽量化をより可能にすることから適当である。高強度繊維の例としてはポリエステル繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維、ポリアリレート繊維、炭素繊維、ガラス繊維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維、アルミナ繊維等の高分子繊維、無機繊維、更には金属繊維においても特性を満足する範囲で使用が可能である。また、同様に複合糸においても特性を満足する範囲であれば使用が可能である。高強度繊維の引張強度は複合化した材料で構成される関節用サポーターの薄型化や軽量化の設計に大きく影響するが、高強度繊維の柔軟性も必要であり、例えば柔軟性が低い繊維である場合は縫い目を形成することや繰り返し伸縮に耐えることが困難となるため適さない。また、高強度繊維の擦れによる繊維の破損を防ぐために予め低分子化合物を含浸させて低摩擦処理が施された高強度繊維を用いることや、高強度繊維の表面とゴム状弾性組成物との密着性を向上するために繊維表面に官能基を持たせること等は機能性伸縮材料の機能を持続させることに好ましい。
【００１１】
本発明において伸縮材料へ設置される固定点としては材料の変位量に対する応力の応答性を良くするために伸縮性がより少ないことが望ましい。固定点の形成方法としては、伸縮性材料上に高強度繊維等の非弾性繊維により縫い目を密集させて形成することや、伸縮性材料に樹脂をプリントおよび含浸させる方法、またはこれらを併用して繊維で密に縫い目を形成させ更に樹脂を含浸させる方法等が考えられるが、高強度繊維で繋ぐことが可能な固定点を形成することができる方法であれば他の方法を使用することが可能である。また、特には固定点およびそれらを繋ぐ高強度繊維を同一材料とし連続的にこれらを形成させることは製造工程および使用材料を減らすことができることから望ましい。この固定点を設置することによる機能としては、固定点間を高強度繊維で繋ぐことにより伸縮性を効率良く制限させることができることや、関節用サポーターを構成する材料として使用する場合には高強度繊維が万が一に破断した場合にも破断によるサポーター機能の低下を最小限に抑えることができる。更にはこれらの固定点を高強度繊維で自由に結ぶことで機能性伸縮材料として伸縮可能な変位の方向と量の設計が容易に可能となる利点が挙げられる。固定点を設け無い場合でも機能的な伸縮材料を設計することは可能であるが、固定点を設け無い場合には伸縮時における高強度繊維と伸縮性材料との間にずれが発生し変位量に対して応力の応答性が低下するため伸縮を制限する機能の付与が不足する傾向となる。
【００１２】
本発明で使用されるゴム状弾性組成物の化合物例としては、天然ゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、シリコーンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンゴム等、使用環境下の温度領域でゴム状弾性を有する材料であれば架橋型または熱可塑型でも使用可能である。成形性や環境を考慮する場合には熱可塑型が望ましいがこれらに限定されるものではない。また、複数のゴム材料および樹脂、更には充填剤とのブレンドでも特性を満足する範囲であれば使用することは可能である。更には、弾性繊維により構成された伸縮性を有する材料に高強度繊維が縫い込まれた機能性伸縮基材との密着性を向上するために、ゴム状弾性組成物に化学修飾をほどこすことも効果的であることは容易に考えられる。また、ゴム状弾性組成物の分子量や粘度は複合化した材料の製造方法や、弾性繊維により構成された伸縮性を有する材料に高強度繊維が縫い込まれた機能性伸縮基材との密着性にも関係するため特に限定はしない。ゴム状弾性組成物に必要な物理的特性は関節用サポーターの内面や外面または関節の使用場所により異なるため特に限定はできないが、耐摩耗性を有することやヒステリシスロスが少ない材料であることは、繰り返し使用可能な関節用サポーターとしての機能を満たすのに望ましい。複合化した材料中のゴム状弾性組成物の量は、多い場合には変位量に対する応力の応答性が下がり、少ない場合には伸縮性と追従性が低下する。これらのバランスはゴム状弾性組成物の性質で異なることが考えられるため、機能を有する範囲で設定することが必要である。ゴム状弾性組成物の設置方法は関節部位との密着性および本発明の関節用サポーター外面に接して使用される装着具との摩擦に影響するため、伸縮性材料との積層体とする場合には使用個所に応じて片面および両面積層を選択することは必要である。
【００１３】
本発明の機能性伸縮材料において伸縮可能な変位の方向と量を任意に設計することが可能とする機能発現の機構における概略として、例えば図１に示すような高強度繊維のネットワークを伸縮性材料に固定点を介して高強度繊維を縫い込むことで形成し、伸び方向の変位に対する応力の応答性において機能の発現が得られる。その構成例としては図２に示すように高強度繊維１で高強度繊維を密に縫い込むことで形成した固定点２を繋ぐ形態で伸縮性材料３に設置し、更にはゴム状弾性組成物４と複合化した材料５とすることで関節用サポーターを構成し得る機能性伸縮材料とするものである。これにより、ひとつの関節用サポーター内においても部位によって伸縮方向や変位量に対する応力の応答性を変化させることができるため、より関節本来の可動域に適合したサポーターを設計することが可能となる。
【００１４】
本発明における機能性伸縮材料の変位量に対する応力の応答性は、弾性繊維により構成された伸縮性を有する材料に複数設けられた固定点を介して高強度繊維を設置することにより設計され機能するが、この機能は本発明の機能性伸縮材料を関節用サポーターの構成材料として用いた場合、関節用サポーターと保護を目的とする関節部との接触面が密着し関節部の運動に対して追従させることが効果的である。保護を目的とする関節部との密着を確保し追従性を維持するためには材料における緊迫力の利用が必要であり、本発明の機能性伸縮材料により構成される関節用サポーターが関節部分を包み込む筒状を形成できることが望ましいが、関節部位を包み込まない形状であっても保護を目的とする関節部位に装着させて外側から締め付けることで密着が可能となる。その例としては粘着テープを巻くことや関節部位に適した形状で緊迫力を有する筒状の伸縮性装着具でも可能となる。そして、更には関節部位との接触面に粘着加工を施すことで高い密着性を確保することが可能となる。
【００１５】
関節部位との接触面の加工としては一般的に知られるアクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ゲル粘着剤を用いることができる。一般的にはアクリル系粘着剤もしくはゲル系粘着剤が好まれるが、繰り返し使用を考える場合等には機能的に優れる粘着剤を選定することは必要であり、全面塗布および一部塗布することで効果が得られる。また、使用時に関節部位との接触面に両面および片面が粘着加工された基材等を貼ることや粘着スプレーを塗布することでも同様な密着効果が得られる。
【００１６】
繰り返し使用を考慮すると再剥離粘着や洗浄可能であること、更には、抗菌加工が衛生的に望ましく、抗菌加工には一般的に知られているような銀系無機抗菌剤等の添加によるもの等が考えられる。
【００１７】
また、装着時の蒸れ防止のために、厚み方向に対して身体側と外気との通気口を設けることが有効である。通気口の形は繰り返し伸縮に対して亀裂を生じさせない円形および楕円形が望ましいが、部位によってはほとんど伸縮しない部分もあるので特に限定はしない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の機能性伸縮材料は、伸縮性材料に固定点を複数設置しその間を高強度繊維で繋ぐことにより伸縮性材料と高強度繊維の役割を明確に分担して複合化することを可能とし、任意方向の変位量に対して高応力の急峻な応答性を設計することができる。このことは、本発明の機能性伸縮材料を関節用サポーターの構成材料とした場合に関節の動きに合わせた設計を容易にし、更にはゴム状弾性組成物と複合化することで繰り返し使用性が向上し、薄型かつ軽量で関節可動域内の運動を妨げずに関節可動域外への大きな負荷から靭帯を強固に保護し損傷から保護する機能を関節用サポーターへ付与することを可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の機能性伸縮材料を用いた関節用サポーターとしては様々な形態の可能性が考えられるが、足首関節における使用形態の例を図３に示す。関節部分を覆う形状の筒型足首用サポーターの例を示し、伸縮性材料に高強度繊維が固定点を介して設置された筒状の機能性伸縮材料における関節部接触面にゴム状弾性組成物がプリントされ、また外面も機能性伸縮材料を保護する目的でゴム状弾性組成物がプリントされている。
【００２０】
この関節部位を保護している機能性伸縮材料の構成例を図４に示す。伸縮性材料に固定点を介して高強度繊維が設置された機能性伸縮材料６の両面にゴム状弾性組成物７が設置され、関節部との接触面に密着加工層８が設置されている。また関節接触面に設置されたおよび外面に設置されたゴム状弾性組成物の両方に通気口９が設けられている。
【００２１】
次に伸縮性材料に高強度繊維を縫い込むことで伸縮方向と伸縮量を制限した機能性伸縮材料の構成例を図５、図６、図７、図８に示す。これらは伸縮性材料１０に高強度繊維１１を設置する際に、高強度繊維の縫い目を密集させて形成させた固定点１２を設けこの固定点間を高強度繊維で結ぶことにより伸縮可能な変位の方向と量を制限させることができる。
【００２２】
また、この固定点１２を設けることで高強度繊維が万が一に破断した場合にも破断による関節用サポーターとしての機能の低下を最小限に抑えることができ、更にはこの固定点を高強度繊維で自由に結ぶことにより、関節各部の動きに対応させた伸縮の変位方向と変位量を制限させることが可能な機能性伸縮材料の設計を任意に行うことができる。
【００２３】
このことは本発明の機能性伸縮材料が関節用サポーターを構成する材料として適応性に優れ、関節各部に使用できる材料であることを意味している。
【実施例】
【００２４】
以下、足首関節において内反が強制されることにより起こる外側側副靭帯の損傷に対する保護機能の有無を、評価項目Ａ：装着の簡易性、評価項目Ｂ：足首に内反を強制した状態を意図的に設定しその力に対する材料の抵抗力の評価、評価項目Ｃ：再使用性の評価として使用後に再度脱着し足首に内反を強制した状態を意図的に設定しその力に対する材料の抵抗力の評価を行った。評価としては、◎：とても良い、○：良い、△：やや不足、×：不足、の４段階で評価を行った。
【実施例１】
【００２５】
伸縮性材料であるポリエステル・ポリウレタン繊維で構成されたリブ編みソックスに、高強度繊維（ＰＥライン０．３号、ポリエチレン繊維、ユニチカ製）を用いて内反を強制する力に対して抵抗を示す様に踵から脹脛方向に約２５ｃｍの足首部から踵にかけて外側側副靭帯を覆う範囲で、図５に示す形態と同様に高強度繊維の縫い目を密に重ねることで固定点を設け、その固定点間を高強度繊維により繋いだ３本の折れ線をソックス上に設置し機能性伸縮材料で構成された足首関節用サポーターとし評価を行った。
【実施例２】
【００２６】
実施例１と同様な条件で材料を構成し更に身体側との接触面に粘着スプレー（Ａ−２２０、バトルウィン）を塗布し評価を行った。
【比較例１】
【００２７】
実施例１で使用したリブ編みソックスにて評価を行った。
【比較例２】
【００２８】
固定点を設け無いこと以外は実施例１と同様な条件で材料を構成し評価を行った。
【比較例３】
【００２９】
粘着スプレー（Ａ−２２０、バトルウィン）を足首部から踵にかけて外側側副靭帯を覆う範囲で塗布しアンダーラップテープ（Ｕ７０Ｆ、バトルウィン）を設置し、更に非伸縮タイプテーピングテープ（Ｃ５０Ｆ、バトルウィン）により踵から脹脛方向に約２５ｃｍの足首部から踵にかけて外側側副靭帯を覆う範囲で固定を行い評価した。
【００３０】
上記、実施例１と２、および比較例１から３の評価結果を表１に示す。表１の結果は本発明の関節用サポーターが簡易に脱着可能で、関節を強固に保護し、再使用が可能な優れた機能を有することを示している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本願発明の機能性伸縮材料における機能発現機構の概略図。
【図２】本願発明の関節サポーターに使用される複合化した機能性伸縮材料の構成例図。
【図３】本願発明の筒型足首関節用サポーター構成例の図。
【図４】図３の機能性伸縮材料部分における構成の拡大図。
【図５】伸縮性材料への高強度繊維設置例の図。
【図６】伸縮性材料への高強度繊維設置例の図。
【図７】伸縮性材料への高強度繊維設置例の図。
【図８】伸縮性材料への高強度繊維設置例の図。
【符号の説明】
【００３２】
１、１１・・・高強度繊維
３、１０・・・伸縮性材料
４、７・・・ゴム状弾性組成物
５・・・１、２、３、４を複合化した機能性伸縮材料
６・・・伸縮性材料に固定点を介して高強度繊維が縫い込まれて設置された材料
８・・・密着層
９・・・通気口
２、１２・・・固定点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、日常生活、スポーツおよびリハビリ運動に使用される関節用サポーターを構成する機能性伸縮材料に関する。詳しくは、関節可動域内における運動に対しては抵抗を少なくすることで関節の動きを妨げず、関節可動域外への運動に対しては高い応力を発生させることで関節を保護することができる材料であり、軽量かつ薄く、更には繰り返し使用させることも可能な優れた機能性伸縮材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
関節用サポーターは、日常生活やスポーツ、更には、リハビリ運動を補助する役割として固定または損傷を回避し保護する目的で幅広く使用されている。関節部位は主に骨、靭帯、筋肉で構成されており、ケースにより損傷する部位は様々であるが、靭帯を損傷するケースは多く、スポーツ選手においても関節の損傷による引退は例を絶たない。この様な損傷の場合、繰り返して損傷を起こすケースが多いため、関節を固定し保護する目的で関節用サポーターが使用されている。
【０００３】
従来の一般的な技術としては粘着テープによる保護があるが、運動時において関節可動域での抵抗が大きいために違和感や疲労感を伴い易く、また、テーピング時には粘着スプレー、アンダーラップ、テーピングという幾つかの工程があり、十分な効果を得るためにはテーピングに関する専門知識や技術の習得が必要となるため非常に困難なものとなっていた。更には再利用に不向きであることから使用後の廃棄処理が必要となるため日常生活での常用には適さない面があり、これらを解決するために、例えば、特許文献１ではテーピング式膝サポーターの取り付けを簡略化し効果が得られやすい形状にすることで、使用時における違和感や疲労感も軽減されているが、関節の保護に重要な伸縮性および追従性を持たせた支持体の強度については改良されていないため、補強性の面では改善の余地が残されており、更には、繰り返し使用することについても課題が残っている。
【０００４】
また、装着型の関節用サポーターも多数存在するが、複合化した材料としては不充分であるために厚みが大きく、そのため、関節可動域での抵抗や違和感も大きく、激しい運動時に使用すると必要な関節の動きを妨げるものが多い。
【０００５】
例えば、特許文献２の関節用サポーターでは引張り剛性の高い繊維を使用することや長さ方向にバイアスとなる様に構成することにより、ねじれ方向や伸縮を抑制しサポーターとしての機能を付与しているが、バイアスによるねじれのために装着時には関節本来の動きも抑制されるため違和感や疲労感を伴い易く活発な運動時の使用には向かない。また、引張り剛性の高い繊維についての詳細な説明はされておらず、本発明の関節用サポーターとは趣旨が異なっている。
【０００６】
特許文献３の足首用サポーターでは伸縮性の素材の外側に伸縮性に方向を持たせた帯を取り付けて、関節に対する追従性と保護を両立させる機能を付加しているが、布地の外面に帯を設置するため、サポーターとしての厚みが大きく成なることや、帯を伸縮性素材の外側に固着させることで一体化しているため、激しい運動による繰り返し使用により擦れて剥がれてしまう可能性も残っている。
【特許文献１】特許公開２００２−３３０９９１
【特許文献２】特許公開２００５−１８５６２９
【特許文献３】特許公開平１１−２０６９４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の関節用サポーター技術では材料の複合化が不十分なために解決することが困難であった、装着時の手間、関節運動に対する違和感と抵抗、そしてサポーターの重量と厚さを低減させ、且つ関節可動域外への負荷に対する強固な抑制と繰り返し使用性を持たせることを課題として検討した結果、伸縮方向と伸縮量を制限した材料を設計し、ゴム状弾性組成物との複合化や、更には関節部位との密着性を持たせることにより、これらの課題を解決する極めて優れた関節用サポーターを構成する機能性伸縮材料の提供を可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、弾性繊維により構成された伸縮性材料に少なくとも２つ以上の固定点を設置し、それらの固定点間を高強度繊維で繋ぐことにより材料が伸縮可能な変位の方向と量を制限させた機能性伸縮材料およびそれらにより構成された関節用サポーターに関する。
【０００９】
本発明で使用される伸縮性材料を構成する弾性繊維としては、一般的なエステル系、ウレタン系、アクリル系、オレフィン系等が挙げられる。弾性繊維による構成方法により材料の伸縮性や緊迫力を設計することが可能となるが、伸縮方向に対して３０％以上の伸び率を有することが望ましく、更には５０％以上の伸び率を有することが関節に対する追従性の確保のために望ましい。繊維の構成は一般的な平織り、カットボス、メッシュ、パイル編み、リブ編み、リンクス編み、ジャガード等で使用可能であり特に限定するものではないが、保護を目的とする関節部位に適した編み方を選定することは望ましい。保護関節部の大きさや場所に対して十分に考慮した設計を行うことは、関節可動域での運動に対する抵抗や違和感を減少させるために必要とされる。
【００１０】
本発明で使用される高強度繊維の引張強度および破断伸度はＪＩＳ Ｌ １０１３（化学繊維フィラメント糸試験方法）およびＪＩＳ Ｌ １０１５（化学繊維ステープル試験方法）に準拠した標準時の引張強度が１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、破断伸度は５０％以下であることが望ましい。更に好ましくは引張強度が１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、これは例えばヒトが加速して急停止した場合などに受ける関節部への負荷および、本発明の関節用サポーターで使用する高強度繊維の量を考えた場合に望ましい。これらは、高強度繊維がより高い比強度を有することにより複合化した材料の薄型化や軽量化をより可能にすることから適当である。高強度繊維の例としてはポリエステル繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維、ポリアリレート繊維、炭素繊維、ガラス繊維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維、アルミナ繊維等の高分子繊維、無機繊維、更には金属繊維においても特性を満足する範囲で使用が可能である。また、同様に複合糸においても特性を満足する範囲であれば使用が可能である。高強度繊維の引張強度は複合化した材料で構成される関節用サポーターの薄型化や軽量化の設計に大きく影響するが、高強度繊維の柔軟性も必要であり、例えば柔軟性が低い繊維である場合は縫い目を形成することや繰り返し伸縮に耐えることが困難となるため適さない。また、高強度繊維の擦れによる繊維の破損を防ぐために予め低分子化合物を含浸させて低摩擦処理が施された高強度繊維を用いることや、高強度繊維の表面とゴム状弾性組成物との密着性を向上するために繊維表面に官能基を持たせること等は機能性伸縮材料の機能を持続させることに好ましい。
【００１１】
本発明において伸縮材料へ設置される固定点としては材料の変位量に対する応力の応答性を良くするために伸縮性がより少ないことが望ましい。固定点の形成方法としては、伸縮性材料上に高強度繊維等の非弾性繊維により縫い目を密集させて形成することや、伸縮性材料に樹脂をプリントおよび含浸させる方法、またはこれらを併用して繊維で密に縫い目を形成させ更に樹脂を含浸させる方法等が考えられるが、高強度繊維で繋ぐことが可能な固定点を形成することができる方法であれば他の方法を使用することが可能である。また、特には固定点およびそれらを繋ぐ高強度繊維を同一材料とし連続的にこれらを形成させることは製造工程および使用材料を減らすことができることから望ましい。この固定点を設置することによる機能としては、固定点間を高強度繊維で繋ぐことにより伸縮性を効率良く制限させることができることや、関節用サポーターを構成する材料として使用する場合には高強度繊維が万が一に破断した場合にも破断によるサポーター機能の低下を最小限に抑えることができる。更にはこれらの固定点を高強度繊維で自由に結ぶことで機能性伸縮材料として伸縮可能な変位の方向と量の設計が容易に可能となる利点が挙げられる。固定点を設け無い場合でも機能的な伸縮材料を設計することは可能であるが、固定点を設け無い場合には伸縮時における高強度繊維と伸縮性材料との間にずれが発生し変位量に対して応力の応答性が低下するため伸縮を制限する機能の付与が不足する傾向となる。
【００１２】
本発明で使用されるゴム状弾性組成物の化合物例としては、天然ゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、シリコーンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンゴム等、使用環境下の温度領域でゴム状弾性を有する材料であれば架橋型または熱可塑型でも使用可能である。成形性や環境を考慮する場合には熱可塑型が望ましいがこれらに限定されるものではない。また、複数のゴム材料および樹脂、更には充填剤とのブレンドでも特性を満足する範囲であれば使用することは可能である。更には、弾性繊維により構成された伸縮性を有する材料に高強度繊維が縫い込まれた機能性伸縮基材との密着性を向上するために、ゴム状弾性組成物に化学修飾をほどこすことも効果的であることは容易に考えられる。また、ゴム状弾性組成物の分子量や粘度は複合化した材料の製造方法や、弾性繊維により構成された伸縮性を有する材料に高強度繊維が縫い込まれた機能性伸縮基材との密着性にも関係するため特に限定はしない。ゴム状弾性組成物に必要な物理的特性は関節用サポーターの内面や外面または関節の使用場所により異なるため特に限定はできないが、耐摩耗性を有することやヒステリシスロスが少ない材料であることは、繰り返し使用可能な関節用サポーターとしての機能を満たすのに望ましい。複合化した材料中のゴム状弾性組成物の量は、多い場合には変位量に対する応力の応答性が下がり、少ない場合には伸縮性と追従性が低下する。これらのバランスはゴム状弾性組成物の性質で異なることが考えられるため、機能を有する範囲で設定することが必要である。ゴム状弾性組成物の設置方法は関節部位との密着性および本発明の関節用サポーター外面に接して使用される装着具との摩擦に影響するため、伸縮性材料との積層体とする場合には使用個所に応じて片面および両面積層を選択することは必要である。
【００１３】
本発明の機能性伸縮材料において伸縮可能な変位の方向と量を任意に設計することが可能とする機能発現の機構における概略として、例えば図１に示すような高強度繊維のネットワークを伸縮性材料に固定点を介して高強度繊維を縫い込むことで形成し、伸び方向の変位に対する応力の応答性において機能の発現が得られる。その構成例としては図２に示すように高強度繊維１で高強度繊維を密に縫い込むことで形成した固定点２を繋ぐ形態で伸縮性材料３に設置し、更にはゴム状弾性組成物４と複合化した材料５とすることで関節用サポーターを構成し得る機能性伸縮材料とするものである。これにより、ひとつの関節用サポーター内においても部位によって伸縮方向や変位量に対する応力の応答性を変化させることができるため、より関節本来の可動域に適合したサポーターを設計することが可能となる。
【００１４】
本発明における機能性伸縮材料の変位量に対する応力の応答性は、弾性繊維により構成された伸縮性を有する材料に複数設けられた固定点を介して高強度繊維を設置することにより設計され機能するが、この機能は本発明の機能性伸縮材料を関節用サポーターの構成材料として用いた場合、関節用サポーターと保護を目的とする関節部との接触面が密着し関節部の運動に対して追従させることが効果的である。保護を目的とする関節部との密着を確保し追従性を維持するためには材料における緊迫力の利用が必要であり、本発明の機能性伸縮材料により構成される関節用サポーターが関節部分を包み込む筒状を形成できることが望ましいが、関節部位を包み込まない形状であっても保護を目的とする関節部位に装着させて外側から締め付けることで密着が可能となる。その例としては粘着テープを巻くことや関節部位に適した形状で緊迫力を有する筒状の伸縮性装着具でも可能となる。そして、更には関節部位との接触面に粘着加工を施すことで高い密着性を確保することが可能となる。
【００１５】
関節部位との接触面の加工としては一般的に知られるアクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ゲル粘着剤を用いることができる。一般的にはアクリル系粘着剤もしくはゲル系粘着剤が好まれるが、繰り返し使用を考える場合等には機能的に優れる粘着剤を選定することは必要であり、全面塗布および一部塗布することで効果が得られる。また、使用時に関節部位との接触面に両面および片面が粘着加工された基材等を貼ることや粘着スプレーを塗布することでも同様な密着効果が得られる。
【００１６】
繰り返し使用を考慮すると再剥離粘着や洗浄可能であること、更には、抗菌加工が衛生的に望ましく、抗菌加工には一般的に知られているような銀系無機抗菌剤等の添加によるもの等が考えられる。
【００１７】
また、装着時の蒸れ防止のために、厚み方向に対して身体側と外気との通気口を設けることが有効である。通気口の形は繰り返し伸縮に対して亀裂を生じさせない円形および楕円形が望ましいが、部位によってはほとんど伸縮しない部分もあるので特に限定はしない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の機能性伸縮材料は、伸縮性材料に固定点を複数設置しその間を高強度繊維で繋ぐことにより伸縮性材料と高強度繊維の役割を明確に分担して複合化することを可能とし、任意方向の変位量に対して高応力の急峻な応答性を設計することができる。このことは、本発明の機能性伸縮材料を関節用サポーターの構成材料とした場合に関節の動きに合わせた設計を容易にし、更にはゴム状弾性組成物と複合化することで繰り返し使用性が向上し、薄型かつ軽量で関節可動域内の運動を妨げずに関節可動域外への大きな負荷から靭帯を強固に保護し損傷から保護する機能を関節用サポーターへ付与することを可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の機能性伸縮材料を用いた関節用サポーターとしては様々な形態の可能性が考えられるが、足首関節における使用形態の例を図３に示す。関節部分を覆う形状の筒型足首用サポーターの例を示し、伸縮性材料に高強度繊維が固定点を介して設置された筒状の機能性伸縮材料における関節部接触面にゴム状弾性組成物がプリントされ、また外面も機能性伸縮材料を保護する目的でゴム状弾性組成物がプリントされている。
【００２０】
この関節部位を保護している機能性伸縮材料の構成例を図４に示す。伸縮性材料に固定点を介して高強度繊維が設置された機能性伸縮材料６の両面にゴム状弾性組成物７が設置され、関節部との接触面に密着加工層８が設置されている。また関節接触面に設置されたおよび外面に設置されたゴム状弾性組成物の両方に通気口９が設けられている。
【００２１】
次に伸縮性材料に高強度繊維を縫い込むことで伸縮方向と伸縮量を制限した機能性伸縮材料の構成例を図５、図６、図７、図８に示す。これらは伸縮性材料１０に高強度繊維１１を設置する際に、高強度繊維の縫い目を密集させて形成させた固定点１２を設けこの固定点間を高強度繊維で結ぶことにより伸縮可能な変位の方向と量を制限させることができる。
【００２２】
また、この固定点１２を設けることで高強度繊維が万が一に破断した場合にも破断による関節用サポーターとしての機能の低下を最小限に抑えることができ、更にはこの固定点を高強度繊維で自由に結ぶことにより、関節各部の動きに対応させた伸縮の変位方向と変位量を制限させることが可能な機能性伸縮材料の設計を任意に行うことができる。
【００２３】
このことは本発明の機能性伸縮材料が関節用サポーターを構成する材料として適応性に優れ、関節各部に使用できる材料であることを意味している。
【実施例】
【００２４】
以下、足首関節において内反が強制されることにより起こる外側側副靭帯の損傷に対する保護機能の有無を、評価項目Ａ：装着の簡易性、評価項目Ｂ：足首に内反を強制した状態を意図的に設定しその力に対する材料の抵抗力の評価、評価項目Ｃ：再使用性の評価として使用後に再度脱着し足首に内反を強制した状態を意図的に設定しその力に対する材料の抵抗力の評価を行った。評価としては、◎：とても良い、○：良い、△：やや不足、×：不足、の４段階で評価を行った。
【実施例１】
【００２５】
伸縮性材料であるポリエステル・ポリウレタン繊維で構成されたリブ編みソックスに、高強度繊維（ＰＥライン０．３号、ポリエチレン繊維、ユニチカ製）を用いて内反を強制する力に対して抵抗を示す様に踵から脹脛方向に約２５ｃｍの足首部から踵にかけて外側側副靭帯を覆う範囲で、図５に示す形態と同様に高強度繊維の縫い目を密に重ねることで固定点を設け、その固定点間を高強度繊維により繋いだ３本の折れ線をソックス上に設置し機能性伸縮材料で構成された足首関節用サポーターとし評価を行った。
【実施例２】
【００２６】
実施例１と同様な条件で材料を構成し更に身体側との接触面に粘着スプレー（Ａ−２２０、バトルウィン）を塗布し評価を行った。
【比較例１】
【００２７】
実施例１で使用したリブ編みソックスにて評価を行った。
【比較例２】
【００２８】
固定点を設け無いこと以外は実施例１と同様な条件で材料を構成し評価を行った。
【比較例３】
【００２９】
粘着スプレー（Ａ−２２０、バトルウィン）を足首部から踵にかけて外側側副靭帯を覆う範囲で塗布しアンダーラップテープ（Ｕ７０Ｆ、バトルウィン）を設置し、更に非伸縮タイプテーピングテープ（Ｃ５０Ｆ、バトルウィン）により踵から脹脛方向に約２５ｃｍの足首部から踵にかけて外側側副靭帯を覆う範囲で固定を行い評価した。
【００３０】
上記、実施例１と２、および比較例１から３の評価結果を表１に示す。表１の結果は本発明の関節用サポーターが簡易に脱着可能で、関節を強固に保護し、再使用が可能な優れた機能を有することを示している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本願発明の機能性伸縮材料における機能発現機構の概略図。
【図２】本願発明の関節サポーターに使用される複合化した機能性伸縮材料の構成例図。
【図３】本願発明の筒型足首関節用サポーター構成例の図。
【図４】図３の機能性伸縮材料部分における構成の拡大図。
【図５】伸縮性材料への高強度繊維設置例の図。
【図６】伸縮性材料への高強度繊維設置例の図。
【図７】伸縮性材料への高強度繊維設置例の図。
【図８】伸縮性材料への高強度繊維設置例の図。
【符号の説明】
【００３２】
１、１１・・・高強度繊維
３、１０・・・伸縮性材料
４、７・・・ゴム状弾性組成物
５・・・１、２、３、４を複合化した機能性伸縮材料
６・・・伸縮性材料に固定点を介して高強度繊維が縫い込まれて設置された材料
８・・・密着層
９・・・通気口
２、１２・・・固定点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性繊維により構成された伸縮性材料に少なくとも２つ以上の固定点を設置し、その固定点間を高強度繊維で繋ぐことにより伸縮可能な変位の方向と量が制限されることを特徴とする機能性伸縮材料。
【請求項２】
伸縮性材料に少なくとも２つ以上設置された固定点が、繊維を伸縮性材料へ縫い込むことにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の機能性伸縮材料。
【請求項３】
片面および両面の全部分または一部分にゴム状弾性組成物がプリントまたは積層されることにより複合化されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の機能性伸縮材料。
【請求項４】
全部分または一部分がゴム状弾性組成物中に含浸されることにより複合化さていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の機能性伸縮材料。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の機能性伸縮材料で構成されることを特徴とする関節用サポーター。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の機能性伸縮材料で構成された関節用サポーターにおいて、身体側との接触面に身体側と関節用サポーターを密着させる層が設置されていることを特徴とする関節用サポーター。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかに記載の機能性伸縮材料で構成された関節用サポーターにおいて、身体側と外気をつなげる通気口が設けられていることを特徴とする関節用サポーター。
【請求項１】
弾性繊維により構成された伸縮性材料に少なくとも２つ以上の固定点を設置し、その固定点間を高強度繊維で繋ぐことにより伸縮可能な変位の方向と量が制限されることを特徴とする機能性伸縮材料。
【請求項２】
伸縮性材料に少なくとも２つ以上設置された固定点が、繊維を伸縮性材料へ縫い込むことにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の機能性伸縮材料。
【請求項３】
片面および両面の全部分または一部分にゴム状弾性組成物がプリントまたは積層されることにより複合化されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の機能性伸縮材料。
【請求項４】
全部分または一部分がゴム状弾性組成物中に含浸されることにより複合化さていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の機能性伸縮材料。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の機能性伸縮材料で構成されることを特徴とする関節用サポーター。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の機能性伸縮材料で構成された関節用サポーターにおいて、身体側との接触面に身体側と関節用サポーターを密着させる層が設置されていることを特徴とする関節用サポーター。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかに記載の機能性伸縮材料で構成された関節用サポーターにおいて、身体側と外気をつなげる通気口が設けられていることを特徴とする関節用サポーター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２８３０６４（Ｐ２００７−２８３０６４Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３８２６０（Ｐ２００６−１３８２６０）
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（５０６１６７０６３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（５０６１６７０６３）
【Ｆターム（参考）】
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